1、第2章 材料的結(jié)構(gòu),2.1 材料的結(jié)合方式,一、結(jié)合鍵 1. 離子鍵 2. 共價(jià)鍵 3. 金屬鍵 4. 分子鍵,2.1 材料的結(jié)合方式,二、工程材料的鍵性 1. 金屬材料 2. 陶瓷材料 3. 高分子材料 三、晶體與非晶體 1. 晶體 2. 非晶體 3. 晶體與非晶體的轉(zhuǎn)化,1. 晶格和晶胞 晶體示意圖,一、純金屬的晶體結(jié)構(gòu) （一）晶體的基本概念,2.2 金屬的結(jié)構(gòu),（一）晶體的基本概念,2. 晶系,（一）晶體的基本概念,3. 晶格尺寸和原子半徑 4. 晶胞原子數(shù) 5. 配位數(shù)和致密度,（二）常見(jiàn)金屬的晶格類(lèi)型（bcc）,1. 體心立方晶格,（二）常見(jiàn)金屬的晶格類(lèi)型（bcc）,1). 排列特征

2、，如圖 2). 晶格常數(shù) abc；90 3). 原子半徑 4). 晶胞所含原子數(shù) 2個(gè) 5). 配位數(shù) 8個(gè) 6). 致密度 0.68或68 7). 具有體心立方晶格的金屬有： -Fe, -Ti, Cr, W, Mo, V, Nb等,（二）常見(jiàn)金屬的晶格類(lèi)型（fcc）,2. 面心立方晶格,（二）常見(jiàn)金屬的晶格類(lèi)型（fcc）,1). 排列特征，如上圖 2). 晶格常數(shù) abc；90 3). 原子半徑 4). 晶胞所含原子數(shù) 4個(gè) 5). 配位數(shù) 12個(gè) 6). 致密度 0.74或74 7). 具有面心立方晶格的金屬有： -Fe, Ni, Al, Cu, Pb, Au, Ag等,（二）常見(jiàn)金屬的晶

3、格類(lèi)型（hcp）,3. 密排六方晶格,（二）常見(jiàn)金屬的晶格類(lèi)型（hcp）,1). 排列特征，如上圖 2). 晶格常數(shù) a1= a2 = a3 = a c； =120 a / c=1.633 z 軸垂直于底面 3). 原子半徑 r1/2a 4). 晶胞所含原子數(shù) 6個(gè) 5). 配位數(shù) 12個(gè) 6). 致密度 0.74或74 7). 具有密排六方晶格的金屬有： Mg, Cd, Zn, Be, -Ti等,（三）立方晶系的晶面、晶向指數(shù),晶體中各種方向上的原子面 稱(chēng)為晶面，各個(gè)方向上的原子列 稱(chēng)為晶向。為便于分析我們把這 些晶面、晶向用一定的符號(hào)來(lái)表 示，以示它們?cè)诰w中的方位或 方向，我們將這類(lèi)符號(hào)

4、稱(chēng)為晶面 指數(shù)和晶向指數(shù)。,（三）立方晶系的晶面、晶向指數(shù),1. 確定晶面指數(shù)的步驟： 1) 以晶格中某一原子為原點(diǎn)(注意不要把原點(diǎn) 放在所求的晶面上)，以晶胞的三個(gè)棱邊作三維 坐標(biāo)的坐標(biāo)軸，以相應(yīng)的晶格常數(shù)為度量單位， 求出所求晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距。 2) 求三個(gè)截距值的倒數(shù)。 3) 將所得的數(shù)值化為最簡(jiǎn)整數(shù)，并用圓括號(hào) “( )”括起，即為晶面指數(shù)。,（三）立方晶系的晶面、晶向指數(shù),2. 晶向指數(shù)的確定方法按如下步驟進(jìn)行。 1) 以晶胞中某原子為原點(diǎn)確定三維坐標(biāo)系，通過(guò)原點(diǎn)作平行于所求晶向的直線(xiàn)。 2) 以相應(yīng)的晶格常數(shù)為單位，求直線(xiàn)上任意一點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)值。 3) 將所求數(shù)值化為最簡(jiǎn)整

5、數(shù)，加一方括號(hào)“ ”括起，即為晶向指數(shù)。 晶向指數(shù)的一般形式為hkl,（三）立方晶系的晶面、晶向指數(shù),3. 晶面族，晶向族 要注意的是晶體中每一個(gè)晶面(晶向)指數(shù)并非 僅指一個(gè)晶面(晶向)而是指一系列相平行的一組晶 面(晶向)。若原子排列完全相同但空間位向不同的 晶面(晶向) 我們通常統(tǒng)稱(chēng)為晶面(晶向)族。 晶面族用“ ”表示，晶向族用“”表示。 如：100晶面族，它包括(100)、(010)、(001)等 晶面；晶向族，它包括100、010、001 等晶向。 4. 晶面及晶向的原子密度 5. 晶體的各向異性,（四）多晶體結(jié)構(gòu),單晶體 晶粒 晶界 亞晶 亞晶界,（五）晶體的缺陷(點(diǎn)),1. 點(diǎn)

6、缺陷,（五）晶體的缺陷(線(xiàn)),2. 線(xiàn)缺陷 位錯(cuò)密度 S/V(cm/cm3),（五）晶體的缺陷(面),3. 面缺陷 1) 晶界 2) 亞晶界,二、合金的相結(jié)構(gòu),幾個(gè)基本概念 合金：通過(guò)熔煉、燒結(jié)或其它方法，將兩 種或兩種以上的金屬元素或金屬與 非金屬元素結(jié)合在一起所形成的具 有金屬特性的物質(zhì)稱(chēng)為合金 。 相：合金中具有同一化學(xué)成分、同一結(jié) 構(gòu)和原子聚集狀態(tài)，并以界面相分 開(kāi)的、均勻的組成部分,組織：所謂組織是指用肉眼或顯微鏡觀察到的不同 組成相的形狀、尺寸、分布及各相之間的組 合狀態(tài)。 固溶體：指以合金中某一組元為溶劑，在其晶格中 溶人其它組元原子(溶質(zhì))后形成的一種合金 相。 金屬間化合物：

7、合金中，當(dāng)溶質(zhì)含量超過(guò)固溶體的 固溶度時(shí)，將出現(xiàn)新相而新相的晶格結(jié)構(gòu)不 同于任一組成元素，其成份在相圖中位于組 元A、B為溶劑的固溶體的最大固溶度之間， 稱(chēng)之為中間相。中間相的結(jié)合鍵主要為金屬 鍵而具有金屬性質(zhì)，又稱(chēng)金屬間化合物。,（一）固溶體,1. 固溶體的分類(lèi) 置換固溶體(無(wú)限固溶體) 間隙固溶體(有限固溶體) 2. 固溶體的性能,（二）金屬間化合物,1. 正常價(jià)化合物 該化合物符合一般化合物的原子價(jià)規(guī)律，成 分固定，可用化學(xué)式表示。 正常價(jià)化合物具有很高的硬度和脆性。在 合金中，當(dāng)它在固溶體基體上合理分布時(shí)，將 會(huì)使合金得到強(qiáng)化，而起到強(qiáng)化相的作用。 如：Mg2Si、Mg2Sn、MnS等

8、,（二）金屬間化合物,2.電子化合物 服從電子濃度規(guī)律，即當(dāng)合金的電子濃度 達(dá)到某一數(shù)值，便會(huì)形成具有某種晶格結(jié)構(gòu)的 化合物相?？梢?jiàn)，形成這類(lèi)化合物的主導(dǎo)因素 是合金的電子濃度，故稱(chēng)之為“電子化合物”。 電子濃度通常為3/2(21/14)，相，具有體 心立方晶格；21/13 ，相，具有復(fù)雜立方晶格； 7/4(21/12) ，相，具有密排六方晶格。 此類(lèi)化合物硬度高、塑性差,一般為強(qiáng)化相,（二）金屬間化合物,3. 間隙相與間隙化合物 過(guò)渡族金屬可與H、B、C、N等原子半 徑較小的非金屬元素形成化合物。當(dāng)金屬(M) 與非金屬(X)的原子半徑的比值rX/rM0.59時(shí)，形成具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的間 隙化

9、合物，稱(chēng)為具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。,間隙相中金屬原子 總是排成面心立方或簡(jiǎn) 單六方結(jié)構(gòu)非金屬原子 一般位于間隙位置，如 圖為VC結(jié)構(gòu) 間隙化合物具有復(fù) 雜的晶體結(jié)構(gòu)，像Cr、 Mn、Mo、Fe的碳化物 具有這樣的結(jié)構(gòu)，如圖 示為Fe3C結(jié)構(gòu),第4節(jié) 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及力學(xué)性能,一、陶瓷的概念 二、陶瓷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（晶相、玻璃相） 1. 離子晶體陶瓷 NaCl結(jié)構(gòu)、CaF2結(jié)構(gòu)、 剛玉型結(jié)構(gòu)、鈣鈦礦型結(jié)構(gòu),CaF2結(jié)構(gòu),二、陶瓷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),2. 共價(jià)晶體陶瓷 屬于金剛石 結(jié)構(gòu)以及SiC和SiO2結(jié)構(gòu)。,三、陶瓷的力學(xué)性能,1. 剛度 很高。在各類(lèi)材料中是最高的 2. 硬度 很高，通常為1000

10、- 5000HV，陶瓷的硬度隨 溫度的升高而降低，但高溫仍具有很高的數(shù)值。 3. 強(qiáng)度 較低，僅為E的10-4-10-2(理論上應(yīng)為10-1-1/5)。 4. 塑性 幾乎無(wú) 5. 韌性或脆性 是典型的脆性材料，韌性極低。 6. 其他物理化學(xué)性能 熱膨脹性能很低；導(dǎo)熱性能較 小，是很好的絕熱材料；熱穩(wěn)定性能較差；化學(xué) 穩(wěn)定性很高；絕大多數(shù)陶瓷材料是良好的絕緣體， 但有不少陶瓷材料有一定的導(dǎo)電性能是重要 的半導(dǎo)體材料。,第5節(jié) 聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及力學(xué)性能,一、高分子材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1. 幾個(gè)基本概念 加聚反應(yīng)(加成聚合反應(yīng)) 縮聚反應(yīng) 高分子材料 2. 高分子鏈的形態(tài) 線(xiàn)型分子鏈 支鏈型分子鏈 體

11、型分子鏈,一、高分子材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),3. 高分子化合物的力學(xué)狀態(tài) 1) 玻璃態(tài) TxTTg 2) 高彈態(tài) TgTTf 3) 粘流態(tài) TfTTd,二、 高分子材料的性能特點(diǎn),1. 低強(qiáng)度和較高的比強(qiáng)度 2. 高彈性和低彈性模量 3. 粘彈性（兩個(gè)概念：應(yīng)力松弛；內(nèi)耗） 4. 高耐磨性 5. 其它物理化學(xué)性能特點(diǎn) 高的絕緣性； 低的耐熱性；低的導(dǎo)熱性；高的熱膨脹性； 高的化學(xué)穩(wěn)定性,6. 高分子材料的老化和防止 ： 定義：高分子材料在長(zhǎng)期儲(chǔ)存和使用過(guò)程中， 由于受氧、光、熱、機(jī)械力、水蒸氣及 微生物等外因的作用，使性能逐漸退化， 直至喪失使用價(jià)值的現(xiàn)象稱(chēng)為老化 防止：1)改變高聚物的結(jié)構(gòu)； 2)添加防老化劑； 3)表面處理,本章小結(jié),材料的性能（物理、化學(xué)及工藝性能） 材料的結(jié)合方式 常見(jiàn)金屬的三種典型結(jié)構(gòu)（bcc、fcc、hcp） 立方晶系的晶面、晶向指數(shù)確定 晶體的缺陷(點(diǎn)缺陷、線(xiàn)缺陷、面缺陷) 合金的相結(jié)構(gòu)(固溶體、